基于激光三角法的脉搏波测量系统研究

“切脉”是中医常用的诊疗手段,依赖于医生的定性感知和经验分析。基于激光三角法的脉博波测量系统,可以辅助中医定量记录分析脉搏波信号。系统中线性激光投射至手腕脉搏检测位置,CMOS图像传感器记录过程,HALCON和MATLAB软件分析处理图像,通过光学质心和快速傅里叶变换来计算拍摄图像的质心变化,拟合脉冲波动波形。该测量系统结合了光学测量和计算机自动化的优点,具有非接触式、易操作、快速检测等优点。实验验证了方法的可行性。     

利用环形激光视觉传感的焊缝三维恢复

为了实现复杂条件下的焊缝检测与跟踪,通过激光扫描技术,开发了环形激光视觉传感器,与机器人手爪一起构成焊接机器人"手-眼"系统,从而获得焊缝三维信息。改善了传统的点状或线条状激光视觉传感器信息量少、解释模糊以及跟踪方向单一等问题。研究了用于焊缝定位与跟踪的环形激光视觉传感器系统的内外参量标定,提出了实现焊缝三维计算的模型,最后,以对接接头、搭接接头、角接接头为对象进行了试验验证,并对标定精度进行了分析。结果表明:环形激光在不同的焊缝表现了不同的形态,结合标定试验结果,能够计算被检测焊缝的三维坐标,计算精度能够满足试验要求。     

一种MEMS周期可调光栅衍射特性的实验研究

介绍了一种周期连续可调的微型可编程光栅.光栅采用静电梳齿驱动,不同驱动电压对应不同周期变化,从而引起特定级次衍射角发生变化.为了测得不同驱动电压下的衍射角变化,搭建了实验测量光学系统,利用激光三角法测量原理及图像处理的方法得出实验结果.测量结果与光栅测量参量计算角度变化基本一致,不同电压下的衍射角变化与不同的周期变化对应良好.     

一种MEMS周期可调光栅衍射特性的实验研究

介绍了一种周期连续可调的微型可编程光栅.光栅采用静电梳齿驱动,不同驱动电压对应不同周期变化,从而引起特定级次衍射角发生变化.为了测得不同驱动电压下的衍射角变化,搭建了实验测量光学系统,利用激光三角法测量原理及图像处理的方法得出实验结果.测量结果与光栅测量参量计算角度变化基本一致,不同电压下的衍射角变化与不同的周期变化对应良好.     

基于参考靶标的线结构光传感器标定

为提高线结构光传感器(LSLS)的标定精度,提出了一种基于平面参考靶标的标定方法。给出了相机坐标系下参考靶标点中心坐标及激光平面方程的计算方法;将参考靶标点中心向激光平面投影,并以左下角投影点为原点建立世界坐标系,得到了靶标点中心像素坐标所对应的世界坐标;采用多项式拟合得到了任意像素点到世界坐标的转换关系,实现了传感器的标定,标定结果仅为多项式的系数,便于存储和使用;对标定误差进行了分析。结果表明,所提方法得到的各测试点与第一个点间距离误差的均方根值为0.0216 mm,相对于传统方法减少了22%,所提方法在LSLS高精度标定方面具有一定的优越性。     

基于三线结构光的大型圆柱工件直径测量系统

针对工业上一些无法正对待测端面安装相机的直径测量场景,设计了一种由3个激光投线器、1个成像透镜及1个面阵CMOS相机组成的圆柱工件直径测量系统,放置于地面上倾斜投影并成像。搭建了测量系统,从图像中获得亚像素端点坐标,代入标定方程解算世界坐标,并通过几何模型计算待测直径。实验结果表明,该系统能在设计待测值附近准确测量工件的端面直径,测量精度在±0.1 mm以内,满足工业测量高精度要求。     

反射式可调激光衰减器的研究

针对1 064 nm激光波长,设计出一种基于斜入射时偏振光在介质分界面上不同反射率原理的连续可调激光衰减器,角度控制精度为6、损伤阈值为100 W/cm2（连续）、0.1 J/cm2(10 ns脉冲)。实际测量了衰减器的透过率,透过率范围为8.510-5～1。分析了衰减器对传输光束质量的影响,并针对衰减器的性能改善进行了探讨。     

一种线结构光振镜扫描测量系统通用标定方法

线结构光振镜扫描测量系统通过单个反射镜片摆动实现被测对象三维面形的测量,具有环境适应性强、测量速度快和结构紧凑等优点。为降低系统装调难度、提升标定方法的通用性,提出了直接建立反射激光平面方程系数与振镜摆角关系的标定思路。考虑系统各元件间的相对位姿关系,推导并得到了激光平面各系数与振镜摆角的一般表达式。根据特定摆角处得到的激光平面方程系数,采用最小二乘方法得到该表达式中的待定系数。实验结果表明,采用所提方法标定的测量系统对阶梯块高度测量的最大相对偏差为-0.3029%,成功实现了复杂曲面的多尺度特征获取。     

机器视觉精密测量系统研究

微小孔系的精密测量用传统的手段是难以实现的。以机器视觉为基础,结合计算机图像处理技术可完成这类测量任务。介绍了基于机器视觉的孔系精密测量系统的硬件组成和图像处理算法。以所提出的识别弦端点来确定图像圆心坐标的算法对500根弦的中点坐标进行滤波处理,可使识别误差达到亚像素级。圆心坐标在X和Y方向的标准差均小于4μm,孔系间角度测量标准差小于3″。     

线结构光自同步扫描三维形貌测量系统

针对空间目标操控任务中非合作目标近距离三维形貌测量的需求,设计了基于激光三角法原理的线结构光自同步扫描三维形貌测量系统.分析了经典的点扫描测量系统模型,扩展建立了线结构光扫描系统模型.构建了测量系统桌面样机,利用二维平面棋盘靶标构建虚拟立体靶标完成了系统参量的标定.分别对已知结构的工件及天宫一号缩比模型进行了测量实验,结果表明:测量距离为1m时,系统三坐标测量误差均优于1mm,Z向距离误差为0.18mm,测量点到拟合平面的距离误差均值为0.31mm.该系统简化了扫描系统结构,能降低空间载荷的重量和功耗,满足空间任务中快速三维形貌测量的需求.     

线结构激光-机器视觉三角测量光路设计

给出了线结构激光 -机器视觉三角测量的通用光路计算公式。公式考虑了激光入射角、CCD面阵与光轴的各种变化情况 ,对激光机器视觉测量系统的光路结构设计有一定的指导意义。     

纯距离法激光跟踪坐标测量系统的布局与仿真

一般激光跟踪测量系统通过测量距离变化量和跟踪镜转角来确定目标的位置坐标。而纯距离法激光跟踪测量系统只测量距离和距离变化量 ,而不用测量角度量 ,即可进行坐标测量 ,因此可得到较高的测量精度。其系统几何参数可以不借助外界实物标准尺进行自标定 ,并建立虚拟坐标测量参考系。多站测量系统的布局、测量点选择、计算的收敛性与误差等必须进行分析。从激光跟踪测量系统自标定的数学模型出发 ,分析其方程组的雅可比矩阵 ,推导出在自标定时测量系统中各站点和测量点的布局限制 ,并用计算机进行了仿真验证。     

光笔式双摄像机三维坐标视觉测量系统

基于双目立体视觉的系统模型,设计了一种新型的光笔,提出了基于该光笔的匹配算法。由于光笔在测量时可以出现任何姿态,必须对两摄像机像面上所成图像中的8个发光点进行匹配,才能代入摄像机模型计算出8个发光点在左摄像机坐标系下的三维坐标,通过建立8个共面发光点所在的平面坐标系与左摄像机坐标系的线性关系求得测头中心的三维坐标。实验结果表明,系统在5 m范围内的空间长度测量精度达到0.159 mm,基本满足大尺寸工件的现场检测需求。     

运动目标空间位置坐标激光跟踪测量的数学模型

运动目标空间位置激光跟踪测量是国际计量测试领域的前沿课题，该测量系统集激光干涉测距、精密机械、计算机及控制系统和现代数值计算于一体，对空间运动目标进行跟踪并实时测量其坐标和姿态。它的测量范围为１～５ｍ，测量精度为５０μｍ／ｍ。它的测量原理主要是干涉法和三角法。在干涉法中，根据跟踪测量机构数量的多少又可分为一站法和多站法。一站法采用球坐标测量法，多站法通过解最小二乘方程组计算出被测点的坐标。文中对各种测量方法的数学理论模型进行了较为详细地论述。     

A two-beam laser triangulation for measuring the position of a moving object

A two-beam laser triangulation method has been proposed to measure the position of a moving object. The method uses two parallel laser beams to judge the moving direction of an object, allowing us to track it and measure its positions. An uncertainty of 0.2 mm for a measurement range of 50 mm has been obtained. This tracking measurement capability is useful in the calibration of the position of a moving robot arm.     

Calibration of a multiple axes 3-D laser scanning system consisting of robot, portable laser scanner and turntable

A multiple axes 3-D laser scanning system consisting of a portable 3-D laser scanner, a industrial robot and a turntable is demonstrated. By using a criterion sphere, a robot tool center point (TCP) calibration approach is proposed to calibrate the relation between the laser 3-D scanner and the robot end-effector. In this approach, two different translational motions of robot are first made to determine the rotation part, and then at least three different rotational motions are made to determine the translation part. Meanwhile, by using the criterion sphere, a turntable approach is proposed to calibrate the pose of the turntable relative to the robot. In this approach, several rotational angles of turntable and two different heights of the sphere are made to determine the rotational axis of turntable. Experiment is performed on a portable laser scanner mounted on an industrial robot ABB IRB4400 with a turntable. The experiment results show that the two proposed calibration algorithms are stable and flexible. The application of 3-D measurement is also given to demonstrate the effectiveness and stability of the multiple axes 3-D laser scanning system.     

激光测头光束质量分析与控制

 建立了光束质量控制的数学模型,提出了一种可定量评价光束质量的参数优化选择方法。针对激光测头进行了两片式光束质量控制光学系统的优化设计,并与光束聚焦控制、准直控制方法进行对比实验。激光结果证明:该优化光束控制系统在测量范围内既保持了光束的均匀性,光斑尺寸较小(光腰尺寸为34 μm),又保证了光束的精细度,有效地抑制了光束质量引入的测量误差,在±5 mm测量范围内,其均方根误差仅为6.3 μm,测量精度明显优于聚焦控制和准直控制系统。     

激光跟踪虚拟坐标测量系统与自标定方法的实验研究

激光跟踪虚拟坐标测量系统满足了工业领域大型工件和空间形位测量所提出的要求。这些要求包括 :高精度、无导轨测量、动态实时跟踪测量、全姿态测量等。在实验室建立了基于角度 距离法的激光跟踪测量系统和基于纯距离法的多站跟踪测量系统 ,分别在三坐标测量机、光学平台光栅位移系统下进行了实际跟踪测量和精度比对实验。并运用虚拟坐标自标定算法在虚拟坐标系下确定了初始点位置、目标点坐标及各点间距离。最后 ,对两种方法的特点进行了分析比较     

面向大视场视觉测量的摄像机标定技术

提出了一种面向大视场高精度视觉测量的摄像机标定新方法,该方法采用亮度自适应的单个红外发光二极管(IR-LED)作为目标靶点,将该靶点固定在三坐标测量机的测头上,并依次精确移动至预先设定的空间位置,每次靶点到达设定的空间位置时,摄像机对靶点进行图像采集。利用三坐标测量机的精确位移,在三维空间构成一个虚拟立体靶标。针对虚拟立体靶标在大视场摄像机标定中只能覆盖一小部分标定空间的问题,通过自由移动摄像机在多个方位对虚拟立体靶标进行拍摄,使得多个虚拟立体靶标分布于整个标定空间。摄像机在每个方位对虚拟立体靶标的拍摄都标定出一组摄像机的内、外参数,然后以摄像机内参数和摄像机在各个方位下拍摄的虚拟立体靶标在摄像机坐标系下的位置及姿态参数为优化变量,建立以所有三维靶点位置重投影误差平方和为最小的目标函数,采用非线性优化方法求解摄像机标定参数的最优解。该方法较好地解决了大视场视觉测量中大尺寸靶标加工困难、摄像机标定精度难以保证的问题。仿真和实际标定实验均证明此方法可以有效提高大视场摄像机的标定精度。     

双频激光在超精孔径测量中的应用

一种以激光波长为基准的小孔孔径超精测量系统 ,采用双频激光干涉技术、温度误差实时修正技术和符合阿贝原则的合理布局 ,在 8mm～ 5 0mm的范围内实现 0 .0 1μm的分辨力和 0 .1μm的测量精度。该方法已成功应用在惯性仪表零件孔径及垂直度的超精测量中。